CC BY
7ИЛМДОИ ФИЗИКА ВА МАТЕМАТИКА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА АДСОРБЦИИ НИКЕЛЯ И МЕДНОГО КАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ГРАНУЛИРОВАННОЙ
ПОРИСТОЙ ОКИСИ АЛЮМИНИЯ
Сафаров М.М., Мирзомамадов А.Г.
Филиал НИУМосковского энергетического института в г. Душанбе Таджикский государственный педагогический университет им. С.Айни
В работе приводятся результаты экспериментального определения коэффициента адсорбации и теплопроводности меди и никелевых катализаторов на основе гранулированной пористой окиси алюминия в процессе увлажнения. Медь и никель катализаторы, имеющие цилиндрическую форму с размерами (0,85-1,25)мм, предназначены для осуществления на них процессов разложения однокомпонентных жидких топлив гидразина и закиса азота. Исследование теплопроводности и адсорбционных технически важных композиционных материалов в твердой фазе при комнатной температуре имеет большое научное и прикладное значение. Знание теплопроводности и адсорбционных характеристик особенно важно при конструировании промышленных тепловых установок самых разнообразных типов.
Экспериментально исследована эффективная теплопроводность пористой гранулированной окиси алюминия, как в чистом виде, так и содержащей от 4,5 до 30 % массовой концентрации меда и никеля в среде воздуха и азота при атмосферном давлении, а также в вакууме (р=1,07 Па ) в интервале температур 290-1073 К [4].
Структурно-прочностные характеристики катализаторов определяются исходными характеристиками носителя. Катализаторы имели цилиндрическую форму в среднем диаметром (0,85-1,25 мм), нанесенного на нем водного раствора.
Таблица 5. Основные характеристики исследуемых образцов, содержащих _различное количество меди и никеля __
Концентрация меди , % Удельная поверхность, м2/г Суммарный объем пор, см3/г Насыпная плотность, г/см3 Концентрация никеля , % Удельная поверхность, м2/г Суммарный объем пор, см3/г Насыпная плотность, г/см3
4,5 119 0,31 1,013 6,4 121 0,29 1,096
12,0 112 0,27 1,022 9,3 117 0,28 1,148
15,5 105 0,26 1,148 14,2 107 0,24 1,213
18,6 100 0,25 1,186 20,4 95 0,21 1,338
23,4 99 0,22 1,277 25,1 75 0,18 1,430
28,8 84 0,20 1,344 30 70 0,15 1,561
Теплопроводность - один из физических параметров, различающих завышение от концентрации наполнителя. Чем больше концентрация нанонаполнителя, тем больше коэффициент теплопроводности.
В данной работе мы определили теплопроводность и коэффициент адсорбция. Для исследования теплопроводности катализаторов нами использован метод регулярного
теплового режима первого рода[4]. Для определения коэффициента адсорбции нами разработана и собрана экспериментальная установка методом взвешивания [5]. После измерения массы образцов в сухом и влажном состоянии определён коэффициент адсорбции по уравнению:
Г = (>П2 - Щ)/Мвода
т (1)
Где т2 -масса объекта во влажном состояние, гр; Ш1 - начальная масса сухого образца, гр; Мвод - молекулярная масса вода, кг/мол. В качестве увлажнителя катализаторов использована вода (пары воды).
Таблица 2. Зависимость коэффициента во время адсорбции на водоисточник Зонг для окиси алюминия с наполнителем меди, при комнатной температуре и атмосферном давлении
1, (час) г • 103, (моль)
А12О3+ 4,5% Си А12О3+ 12% Си А12О3+ 15,5% Си А12О3+ 18,6% Си А12О3+ 23,4% Си А12О3+ 28,8% Си
0,5 2,5 2,33 2,1 1,9 1,7 1,6
1 4,0 3,7 3,4 3,1 2,8 2,5
1,5 5,5 5,1 4,6 4,2 3,8 3,5
2 6,8 6,3 5,8 5,4 4,8 4,4
2,5 7,8 7,2 6,6 6,2 5,4 5,0
3 8,8 8,4 7,5 6,9 6,2 5,7
3,5 9,7 9,0 8,2 7,6 6,8 6,3
4 10,4 9,5 8,8 8,1 7,4 6,8
4,5 11,0 10,0 9,3 8,6 7,7 7,1
5 11,3 10,2 9,6 8,9 7,9 7,3
5,5 11,7 10,8 10,0 9,2 8,1 7,6
6 11,7 10,8 10,0 9,2 8,1 7,6
6,5 11,7 10,8 10,0 9,2 8,1 7,6
7 11,7 10,8 10,0 9,2 8,1 7,6
Рисунок 1. Зависимость коэффициента адсорбции во время окиси алюминия с наполнителем никеля на водоисточник Зонг при комнатной температуре и атмосферном давлении.
AWз+ 1-(6,4 % М), 2-(9,3 % М), 3-(14,25 % Щ, 4-(20,4 % М), 5-(25,1 % М),
6-(30 % М)
Используя значение таблицы 2. и рисунок 1. вычислим коэффициент адсорбции исследуемых образцов (таблицу 3.) в среде паров воды.
Таблица 3.
Концентрация меди % 4,5 12 15,5 18,6 23,4 28,8
я. 103, Вт (м. К) 176 183 203 217 234 247
Концентрация никеля % 6,4 9,3 14,2 20,4 25,1 30
я.10', Вт (м. К) 172 178 192 206 214 222
Как видно из таблицы 3. теплопроводность никеля и медного катализатора зависит от концентрации наноникеля и меда. Используя таблицу 3. построим графику X = { (Г) (рисунок 2.).
Ряд 1 А1203+28,8% Си, ряд 2 А1203+23,4% Си, ряд 3 А1203+18,6% Си Ряд 4 АЮз+15,5%0 Си, ряд 5 А170з+12% Си, ряд 6 А120з+4,5% Си
Рисунок 2. Корреляция теплопроводности и коэффициента адсорбции медных катализаторов (цилиндрическая форма) в среде паров воды.
Согласно рисунку 2, для 30 минут увлажнения катализатора выявим корреляцию между коэффициентом теплопроводности X и коэффициентом адсорбции Гв среде паров воды. Для обработки прямых линий, приведенных на рисунке 1, по графоаналитическом методу принята х1=сопб1= 0,210 Вт/(м К)
Далее для обобщения и обработки прямых линий приведенных на рисунке2, используем следующую функциональную зависимость:
± = / А
V Г1 У
, (2)
где, X, Х1 - коэффициент теплопроводности медных катализаторов на основе гранулированных пористой окиси алюминия (цилиндрическая форма с размерами (0,85-1,25 мм) при различных коэффициентах адсорбции Г и Г1:Х1=0,210 Вт/(м К).
Ряд (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,8) воды из под крана Душанбе Ряд ( 9, 10, 11, 12, 13, 14 ,15 ,16) воды источника Шергин Ряд ( 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) воды источника Вранг Ряд ( 25, 26, 27, 28, 29, 30,31 ,32 ) воды источника Зонг Ряд (33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40) воды источника Ямчун
Рисунок 2. Зависимость относительной теплопроводности (ХА^) от относительной (Г/Г1) медных катализаторов, имеющих цилиндрическую форму, в среде паров воды.
Прямая линия, приведенная на рисунке 2, описывается уравнением:
Л =
- 0,2063
V Г1 У
+ 0,4264
(3)
Анализ значения Г1 показывает, что они являются функциями времени (1, час) (Рисунок 1.). Как видно, из рисунка 1, все значения Г1 располагаются вдоль общей кривой. Кривая линия показанна на рисунке1, описывается уравнением:
Г =
- 0,348
^2
V У
+1,2742
V ¿1 У
+ 0,0809
Г*
(4)
Г
Интересно, что 1 1 зависит от плотности влажной среды, т.е. воды.
ж
Ряд 1 вода Душанбе, ряд 2 вода источник Ширгин,
ряд 3 вода источник Зонг, ряд 4 вода источник Ямчун
Рисунок 3. Зависимость коэффициента адсорбции от плотности
Прямая линия, приведенная на рисунке 3, описывается уравнением:
Г* =(0,1058р- 99,047)^
Вставим уравнение(4) и (5) на (3) получим:
Л =
- 0,2063
Г
Г Л2
- 0,348
V ^ У
+1,2742
V У
+ 0,0809
(0,1058р- 99,047)
+ 0,4264
(6)
Уравнение (6) является связывающей корреляционной функцией между теплопроводностью и коэффициентом адсорбции медных катализатороа на основе гранулированной пористой окиси алюминия (цилиндрическая форма диаметром равна 0,85-1,25 мм) в среде паров воды. Данное уравнение позволяет рассчитать коэффициент теплопроводности неисследованных медных катализаторов на основе гранулированно пористой окиси алюминия. Для данного расчета необходимо иметь значение коэффициента адсорбции медных катализаторов в среде паров воды во время увлажнения. Погрешность уравнения (6) не превышает 5,5 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Курмашева Дарья Маратовна Адсорбция и процессы переноса молекул воды в пористых и мелкодисперсных средах. Дисс. на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. - М., 2015. -112 с.
2. Бурбо П.З. Аппараты и машины кислородних установок.Труды Всесоюзный научно-исследовательский институт кислородного машиностроения. Выпуск 3. -М.,1960. - С. 51-68.
3. Карнаухов А.П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. -Новосибирск: Наука, Сиб. Предприятие РАН,1999.420 с
4. Сафаров М.М. Теплофизических свойств гранулированной пористой окиси алюминия
содержащей металлический наполнители в газовых средах. Дисс.....к.т.н. -Душанбе,1986. -
185с.
5. Сафаров М.М.,Мирзомамадов А.Г.,Абдуназаров С.С.,Зарипова М.А. Адсорбционный свойства катализатора на основе гранилированного пористого окиса алюминия. Сборник
тезисов дакладов научной конференции «Актуальные проблемы совеременной науки »МИСи С., - Душанбе, 2015.-С.79-80.
Сведения об авторах:
Сафаров Махмадали Махмадиевич, доктор технических наук, профессор, Исполнительный директор филиал НИУ "МЭИ " в г.Душанбе. Тел. моб.95 163 15 85; 221 82 31; E-mail: [email protected]
Мирзомамадов Алимамад Гулмамадович, ассистент кафедры общей физики ТГПУ им.Садриддина Айни, тел: 501103944; E-mail:[email protected]
Information about authors:
Safarov Makhmadali Makhmadievich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Executive Director of the National Research University "MEI" branch in Dushanbe. Tel. mob.95 163 15 85; 221 82 31; E-mail: [email protected]
Mirzomamadov Alimamad Gulmamadovich, Assistant of the Department of General Physics of the Sadriddin Aini State Pedagogical University, Tel: 501103944; E-mail: [email protected]
ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ОТ АДСОРБЦИИ ДЛЯ ОКИСИ АЛЮМИНИЯ С НАПОЛНИТЕЛЯМИ НИКЕЛЯ В СРЕДЕ УВЛАЖНЕНИЯ
Мирзомамадов А.Г., Сафаров М.М., Неъматов А.
Таджикский государственный педагогический университет имени Садриддина Айни
Поскольку теплопроводность твердого вещества катализаторов много выше теплопроводности газовых смесей, эффективные коэффициенты теплопроводности катализаторов обычно на порядок превышают коэффициент теплопроводности реакционной смеси. При проведении некоторых каталитических процессов с незначительными тепловыми эффектами, можно пренебречь существующими малыми температурными градиентами и рассматривать массоперенос как изотермиический. В большинстве же случаев при анализе процессов переноса в катализаторах необходимо принимать во внимание существование заметных температурных градиентов [7].
Величина неизотермичности процесса зависит от многих причин: скорости реакции, теплового эффекта, теплопроводности катализатора или носителя, из которого состоит зерно, теплопроводности газа или жидкости в порах [2].
В работе [3] отмечено что, более или менее полное приближение к изотермичности слоя катализатора может быть достигнуто: а) путем непрерывной компенсации теплового эффекта реакции подводом или отводом тепла; б) при малом тепловом эффекте реакции, малой концентрации исходного, вещества или малой степени превращения, когда температура может до некоторой степени выравниваться за счет теплопроводности катализатора; в) путем перемешивания газа и катализатора. В аппаратах кипящего слоя вследствие перемешивания температурный режим близок к изотермическому [3].
Исследуемые композиты могут быть представлены в виде двух взаимопроникающих континуумов - армирующего скелета (компоненты А и Б) и порообразователя (компонента С). Теплопроводность скелета можно рассчитать для двух взаимопроникающих
континуумов, отличающихся агрегатными состояниями: газ и твердое тело. Континуум "твердое тело" образуют частицы компонентов А (медь) и В (катализатор/носитель), континуум "газ" образует пористое пространство скелета заполненное воздухом. Для данной системы можно применить модель расчета обобщенной теплопроводности, разработанную в [1].
В настоящей работе мы рассмотрим взаимосвязи между теплопроводностью и адсорбции никелевые катализатора на основе окиси алюминия в среде увлажнения. Для определения коэффициента адсорбции и теплопроводности нами была собрана установка, которая, приведена в работе [4-6].
